Досвід проєктування проточних частин відцентрових компресорів турбодетандерних агрегатів

Abstract

Представлено авторську комплексну методологію проєктування проточних частин відцентрових компресорів, які є важливою складовою турбодетандерних агрегатів. Методологія включає математичні методи і моделі різних рівнів складності – від одновимірних до просторових, а також експериментальні дослідження. На першому етапі проводиться попередній розрахунок геометричних характеристик проточної частини за допомогою достатньо простих методик, заснованих на вирішенні одновимірних або квазіосесиметричних рівнянь. Розрахунок основних геометричних характеристик проточної частини за одномірною методикою здійснюється на основі розв'язання одномірних рівнянь збереження маси, збереження ротальпії (наслідок закону збереження енергії), втрат кінетичної енергії. Як функцію цілі вибираємо максимальну потужність. Пошук геометричних характеристик ступеня ведеться серед великої кількості варіантів параметрів, що варіюються, з урахуванням основних конструктивних і режимних обмежень. На базі отриманих геометричних характеристик будується повна тривимірна геометрія, для чого використовуються методи аналітичного профілювання лопаток проточних частин, які дозволяють створювати турбінні ступені як осьового, радіально-осьового та осе- радіального типів. Розрахунок тривимірної в’язкої течії виконується за допомогою методу чисельного інтегрування осереднених рівнянь Нав’є- Стокса і диференційної моделі турбулентності Ментера. The author's comprehensive methodology for flow parts of centrifugal compressors designing, which are an important component of turboexpander units, is presented. The methodology includes mathematical methods and models of various levels of complexity - from one-dimensional to spatial, as well as experimental investigations. At the first step, a preliminary calculation of the geometric characteristics of the flow part is carried out using fairly simple methods based on solving one-dimensional or quasi-axisymmetric equations. The calculation of the main geometric characteristics of the flow part using the one-dimensional method is carried out on the basis of solving one-dimensional equations of mass conservation, rotalpy conservation (a consequence of the law of conservation of energy), and kinetic energy losses. The maximum power is chosen as the objective function. The search for geometric characteristics of the stage is carried out among a large number of options for varying parameters, taking into account the main design and operating restrictions. On the basis of the obtained geometric characteristics, a complete three-dimensional geometry is created, for which methods of analytical profiling of the blades of the flow parts are used, which allow creating turbine stages of axial, radialaxial and axial-radial types. The calculation of three-dimensional viscous flow is performed using the method of numerical integration of averaged Navier-Stokes equations and Menter's differential turbulence model.